IT201800005159A1 - CAPACITIVE POSITION TRANSDUCER AND RELATED JOYSTICK DEVICE AND CONTROL METHOD. - Google Patents
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Description
TITOLO: TRASDUTTORE DI POSIZIONE CAPACITIVO E RELATIVO DISPSOITIVO JOYSTICK E METODO DI CONTROLLO. TITLE: CAPACITIVE POSITION TRANSDUCER AND RELATED JOYSTICK DEVICE AND CONTROL METHOD.
La presente invenzione riguarda un trasduttore di posizione, ed in particolare un sistema trasduttore di posizione angolare e lineare, almeno lungo una direzione, di tipo capacitivo. Inoltre, la presente invenzione riguarda un dispositivo joystick atto ad essere utilizzato nel campo automotive. The present invention relates to a position transducer, and in particular to an angular and linear position transducer system, at least along one direction, of the capacitive type. Furthermore, the present invention relates to a joystick device suitable for use in the automotive field.
La presente invenzione riguarda, inoltre, un metodo di controllo del trasduttore di posizione, per la determinazione della variazione di posizione lineare e/o angolare. The present invention also relates to a method of controlling the position transducer, for determining the variation of linear and / or angular position.
Sono noti sensori capacitivi utilizzati per la determinazione di spostamenti relativi fra corpi e/o determinare l’approssimarsi o il tocco su una superficie di un oggetto. Normalmente i sensori capacitivi sono delle aree su PCB riempite di rame e quindi collegate ad un microcontrollore tramite piste di materiale conduttivo. Normalmente, il metodo di gestione di detto sensore capacitivo consiste nel monitorare periodicamente il sensore per verificandone una possibile variazione di capacità causata da un movimento relativo. Capacitive sensors are known used for determining relative displacements between bodies and / or determining the approach or the touch on a surface of an object. Normally capacitive sensors are areas on PCBs filled with copper and then connected to a microcontroller via tracks of conductive material. Normally, the management method of said capacitive sensor consists in periodically monitoring the sensor to verify a possible variation of its capacity caused by a relative movement.
Tali sensori sono normalmente atti a determinare esclusivamente una variazione di capacità causata da una sola tipologia di movimento e/o non sono in grado di discriminare in modo corretto diverse tipologie di movimento. These sensors are normally adapted to determine exclusively a variation of capacity caused by a single type of movement and / or are not able to correctly discriminate different types of movement.
Ad oggi, i trasduttori di posizione implementati nel campo automotive sono normalmente di tipo elettromeccanico. Tramite microinterruttori e/o contatti striscianti, in funzione dell’apertura e/o chiusura di uno o più circuiti elettrici, è possibile determinare la variazione di posizione di un corpo. Tali soluzioni hanno lo svantaggio di ridurre e deteriorare le proprie prestazioni con il passare del tempo a causa dell’usura delle parti meccaniche comprese nel dispositivo. To date, the position transducers implemented in the automotive field are normally of the electromechanical type. Using microswitches and / or sliding contacts, depending on the opening and / or closing of one or more electrical circuits, it is possible to determine the change in position of a body. These solutions have the disadvantage of reducing and deteriorating their performance over time due to wear of the mechanical parts included in the device.
Tali microinterruttori e tali contatti striscianti per poter durare nel tempo implementano tecnologie le quali portano all’incremento del costo dello stesso prodotto. In order to last over time, these microswitches and these sliding contacts implement technologies which lead to an increase in the cost of the same product.
Tali problemi tecnici sono particolarmente sentiti nel settore automotive dove, oltre a ricercare l’affidabilità nella determinazione della variazione di posizione di un oggetto quale la manopola di un joystick, è necessario garantire un’affidabilità e durevolezza nel tempo. These technical problems are particularly felt in the automotive sector where, in addition to seeking reliability in determining the position variation of an object such as the handle of a joystick, it is necessary to ensure reliability and durability over time.
Inoltre, è sempre più richiesto, nel campo automotive, di poter ridurre sia i costi di produzione sia i costi di manutenzione, quale la sostituzione dei dispositivi inseriti nei veicoli. Furthermore, in the automotive field, it is increasingly required to be able to reduce both production costs and maintenance costs, such as the replacement of devices installed in vehicles.
La presente invenzione si propone di risolvere i suddetti problemi tecnici ed altri ancora, realizzando un trasduttore di posizione, lineare e angolare, di tipo capacitivo il quale sia affidabile nella rilevazione delle variazione di posizione di un oggetto, permettendo di ridurre i costi di produzione e eliminando il problema dell’usura del dispositivo. The present invention aims to solve the aforementioned technical problems and others, by realizing a position transducer, linear and angular, of the capacitive type which is reliable in detecting changes in the position of an object, allowing to reduce production costs and eliminating the problem of device wear.
Un aspetto della presente invenzione riguarda un trasduttore di posizione capacitivo con le caratteristiche dell’allegata rivendicazione 1. An aspect of the present invention relates to a capacitive position transducer with the characteristics of the attached claim 1.
Un ulteriore aspetto della presente invenzione riguarda un dispositivo joystick con le caratteristiche dell’allegata rivendicazione 9. A further aspect of the present invention relates to a joystick device with the characteristics of the attached claim 9.
Un ulteriore aspetto della presente invenzione A further aspect of the present invention
riguarda un metodo di controllo del trasduttore di concerns a method of controlling the transducer of
posizione con le caratteristiche dell’allegata position with the characteristics of the annex
rivendicazione 11. claim 11.
Le caratteristiche accessorie del trasduttore di The accessory features of the
posizione e del dispositivo joystick e del metodo sono position and joystick device and method are
contenute nelle relative rivendicazioni dipendenti. contained in the related dependent claims.
Le caratteristiche ed i vantaggi del trasduttore di The features and advantages of the
posizione, del dispositivo joystick e del metodo saranno position, joystick device and method will be
chiari ed evidenti alla luce della seguente descrizione di clear and evident in the light of the following description of
diverse possibili forme di realizzazione del trasduttore different possible embodiments of the transducer
del dispositivo joystick e del metodo, oltre che dalle of the joystick device and method, as well as from
figure allegate le quali illustrano rispettivamente: attached figures which respectively illustrate:
● la figura 1 mostra in una vista prospettica una ● Figure 1 shows a perspective view
possibile forma di realizzazione del trasduttore di possible embodiment of the transducer of
posizione, secondo la presente invenzione; position, according to the present invention;
● la figura 2 mostra una vista dall’alto del ● Figure 2 shows a top view of the
trasduttore di posizione di figura 1, in una possibile position transducer of Figure 1, in a possible one
configurazione operativa; operational configuration;
● le figure 3A e 3B mostrano in diverse viste in ● Figures 3A and 3B show in different views in
sezione del trasduttore di posizione applicato ad un section of the position transducer applied to a
dispositivo joystick; in particolare, la figura 3A mostra joystick device; in particular, Figure 3A shows
il dispositivo joystick in una vista dall’alto in the joystick device in a top view in
prospettiva; la figura 3B mostra il dispositivo joystick in prospect; Figure 3B shows the joystick device in
una vista laterale; a side view;
● le figure 4A-4C mostrano alcuni particolari del ● Figures 4A-4C show some details of the
trasduttore di posizione, secondo la presente invenzione, position transducer, according to the present invention,
in particolare la figura 4A mostra l’area di esposizione in particular, Figure 4A shows the display area
del corpo conduttore; la figura 4B mostra una piastra di un of the conducting body; Figure 4B shows a plate of a
sensore capacitivo compreso ne trasduttore di posizione, capacitive sensor including position transducer,
secondo la presente invenzione; la figura 4C mostra i settori angolari, costituiti da superfici conduttive according to the present invention; Figure 4C shows the angular sectors, consisting of conductive surfaces
comprese nei sensori capacitivi ed elettricamente connessi included in capacitive and electrically connected sensors
alle rispettive piastre; to the respective plates;
● le figure 5A-5C mostrano il trasduttore di ● Figures 5A-5C show the transducer of
posizione in diverse possibili configurazioni operative per position in different possible operating configurations for
la rilevazione di variazioni di posizione di tipo angolare, the detection of angular position variations,
in particolare la figura 5A mostra il trasduttore di in particular Figure 5A shows the transducer of
posizione in una prima posizione o posizione di riposo; la position in a first position or rest position; there
figura 5B mostra il trasduttore di posizione a seguito di Figure 5B shows the position transducer following
una prima rotazione attorno ad un primo asse, nel confronto a first rotation around a first axis, in comparison
con figura 5A; la figura 5C mostra il trasduttore di with figure 5A; Figure 5C shows the transducer of
posizione a seguito di una seconda rotazione attorno ad un position following a second rotation around a
primo asse, nel confronto con la figura 5A e la figura 5B; first axis, in comparison with Figure 5A and Figure 5B;
● le figure 6A-6C mostrano il trasduttore di ● Figures 6A-6C show the transducer of
posizione in diverse possibili configurazioni operative per position in different possible operating configurations for
la rilevazione di traslazioni di tipo lineare; in the detection of linear translations; in
particolare la figura 6A mostra il trasduttore di posizione particular figure 6A shows the position transducer
in una prima posizione o posizione di riposo; la figura 6B in a first position or position of rest; Figure 6B
mostra il trasduttore di posizione a seguito di una shows the position transducer following a
traslazione lungo un secondo asse, nel confronto con la translation along a second axis, in comparison with the
figura 6A; la figura 6C mostra il trasduttore di posizione figure 6A; Figure 6C shows the position transducer
a seguito di una traslazione lungo un terzo asse, rispetto following a translation along a third axis, respect
ad una posizione di riposo; to a resting position;
● la figura 7 mostra un diagramma di flusso per la ● Figure 7 shows a flow chart for the
determinazione di una variazione di posizione rilevabile determination of a detectable position change
tramite il trasduttore di posizione secondo la presente via the position transducer according to this
invenzione; invention;
● la figura 8 mostra in modo schematico la ● Figure 8 schematically shows the
connessione elettronica dei sensori capacitivi all’unità di electronic connection of capacitive sensors to the unit
controllo del trasduttore di posizione, secondo la presente control of the position transducer, according to this
invenzione. invention.
Con riferimento alle citate figure, con il riferimento numerico 3 ci si riferisce al trasduttore di posizione, secondo la presente invenzione, nel suo complessivo; mentre, con il riferimento numerico 1 ci si riferisce ad un dispositivo joystick, o almeno a parte di esso, comprendente un trasduttore di posizione 3, secondo la presente invenzione. With reference to the aforementioned figures, the numerical reference 3 refers to the position transducer, according to the present invention, as a whole; while, the numerical reference 1 refers to a joystick device, or at least a part thereof, comprising a position transducer 3, according to the present invention.
Il trasduttore di posizione 3, secondo la presente invenzione, è di tipo capacitivo. Tale trasduttore di posizione 3 è sia di tipo angolare che di tipo lineare. Pertanto, il trasduttore di posizione 3 è in grado di determinare variazione di posizione sia di tipo angolare che di tipo lineare. The position transducer 3, according to the present invention, is of the capacitive type. This position transducer 3 is both of the angular type and of the linear type. Therefore, the position transducer 3 is able to determine both angular and linear position variations.
Il trasduttore di posizione 3, secondo la presente invenzione, è particolarmente adatto ad essere impiegato in dispositivi joystick 1. The position transducer 3, according to the present invention, is particularly suitable for use in joystick devices 1.
Il trasduttore di posizione 3, secondo la presente invenzione, comprende un albero 4. Detto albero 4 si estende lungo un primo asse “Z”. Detto albero 4 è in grado di ruotare attorno a detto primo asse “Z”. Detto albero 4 è in grado di muoversi lungo almeno una direzione definita da un asse perpendicolare a detto asse “Z”, preferibilmente lungo due assi. The position transducer 3, according to the present invention, comprises a shaft 4. Said shaft 4 extends along a first axis "Z". Said shaft 4 is able to rotate around said first axis "Z". Said shaft 4 is capable of moving along at least one direction defined by an axis perpendicular to said axis "Z", preferably along two axes.
Il trasduttore di posizione 3, secondo la presente invenzione, comprende un corpo conduttore 5. Detto corpo conduttore 5 è connesso solidalmente a detto albero 4. Preferibilmente, detto corpo conduttore 5 si muove solidalmente con detto albero 4. The position transducer 3, according to the present invention, comprises a conducting body 5. Said conducting body 5 is connected solidly to said shaft 4. Preferably, said conducting body 5 moves integrally with said shaft 4.
Il trasduttore di posizione 3, secondo la presente invenzione, comprende un circuito stampato o PCB 31. Su detto circuito stampato o PCB 31 sono realizzate superfici conduttive 32, preferibilmente atte a condurre una corrente elettrica e/o ad interagire con un campo elettromagnetico. The position transducer 3, according to the present invention, comprises a printed circuit or PCB 31. Conductive surfaces 32 are formed on said printed circuit or PCB 31, preferably capable of conducting an electric current and / or interacting with an electromagnetic field.
Il trasduttore di posizione 3, secondo la presente invenzione, comprende un’unità di controllo 33. Detta unità di controllo 33 è connessa su detto circuito stampato 31. Detta unità di controllo 33 è inoltre opportunamente elettricamente connessa a dette superfici conduttive 32. The position transducer 3, according to the present invention, comprises a control unit 33. Said control unit 33 is connected to said printed circuit 31. Said control unit 33 is also suitably electrically connected to said conductive surfaces 32.
Il trasduttore di posizione 3, secondo la presente invenzione, comprende almeno due sensori capacitivi 6. Ogni sensore capacitivo 6 comprende una piastra 64. Ogni piastra 64 è realizzata in materiale conduttivo elettrico. Ogni piastra 64 è protendente perpendicolarmente da detto circuito stampato o PCB 31. The position transducer 3, according to the present invention, comprises at least two capacitive sensors 6. Each capacitive sensor 6 comprises a plate 64. Each plate 64 is made of electrical conductive material. Each plate 64 protrudes perpendicularly from said printed circuit or PCB 31.
Detti almeno due sensori capacitivi 6 sono rispettivamente elettronicamente connessi a detta unità di controllo 33. Said at least two capacitive sensors 6 are respectively electronically connected to said control unit 33.
Detta unità di controllo 33 è atta a determinare le variazioni di capacità sia rispetto ad ogni sensore capacitivo 6 sia rispetto a dette superfici conduttive 32, a seguito della variazione di posizione del corpo conduttore 5. Said control unit 33 is able to determine the variations of capacitance both with respect to each capacitive sensor 6 and with respect to said conductive surfaces 32, following the variation of position of the conducting body 5.
La presente soluzione permette di determinare sia movimenti rotatori sia movimenti lineari di traslazione disponendo opportunamente sensori capacitivi 6 e dette superfici conduttive 32, ad esempio settori angolari 62, comprese nel circuito stampato 31. Detti sensori capacitivi 6 e dette superfici conduttive 32, in particolare detti settori angolari 62, sono elettricamente connesse a detta unità di controllo 33 in modo tale da poter determinare le variazione di capacità e di conseguenza determinare gli spostamenti di detto corpo conduttore 5, in particolare rispetto al circuito stampato ed ai sensori capacitivi. The present solution allows to determine both rotary movements and linear translation movements by suitably arranging capacitive sensors 6 and said conductive surfaces 32, for example angular sectors 62, included in the printed circuit 31. Said capacitive sensors 6 and said conductive surfaces 32, in particular said angular sectors 62 are electrically connected to said control unit 33 in such a way as to be able to determine the capacitance variations and consequently determine the displacements of said conducting body 5, in particular with respect to the printed circuit and the capacitive sensors.
In una forma di realizzazione preferita, ma per questo non limitativa, ogni piastra 64 è elettricamente connessa ad una corrispondente superficie conduttiva 32 compresa nel circuito stampato 31, ad esempio un settore angolare 62. In a preferred but non-limiting embodiment, each plate 64 is electrically connected to a corresponding conductive surface 32 included in the printed circuit 31, for example an angular sector 62.
In tale possibile forma di realizzazione, detta unità di controllo 33 è atta a determinare le variazioni di capacità sia rispetto ad ogni sensore capacitivo 6 sia rispetto a dette superfici conduttive 32, in particolare le superfici conduttive 32 connesse ai rispettivi sensori capacitivi 6, ad esempio ai settori angolari 62, a seguito della variazione di posizione del corpo conduttore 5. In this possible embodiment, said control unit 33 is able to determine the variations of capacitance both with respect to each capacitive sensor 6 and with respect to said conductive surfaces 32, in particular the conductive surfaces 32 connected to the respective capacitive sensors 6, for example to the angular sectors 62, following the change in position of the conducting body 5.
In una possibile forma di realizzazione detta unità di controllo 33 comprende un microcontrollore, comprendente a sua volta una pluralità di canali, in particolare canali d’ingresso, a cui sono elettronicamente connessi detti sensori capacitivi 6 e/o dette superfici conduttive 32. Preferibilmente, detta unità di controllo 33 comprende dispositivi di misura atti ad eseguire misure, ed eventualmente a condizionare i valori misurati, di almeno una grandezza elettrica sui sensori capacitivi 6 e/o su dette superfici conduttive 32. In a possible embodiment, said control unit 33 comprises a microcontroller, comprising in turn a plurality of channels, in particular input channels, to which said capacitive sensors 6 and / or said conductive surfaces 32 are electronically connected. Preferably, said control unit 33 comprises measuring devices able to perform measurements, and possibly to condition the measured values, of at least one electrical quantity on the capacitive sensors 6 and / or on said conductive surfaces 32.
In una possibile forma di realizzazione del trasduttore di posizione 3, secondo la presente invenzione, detto albero 4 è in grado di muoversi sia lungo una prima direzione, definita da un secondo asse “X”, sia lungo una seconda direzione, definita da un terzo asse “Y”. In particolare, detto secondo asse “X” è perpendicolare a detto terzo asse “Y”. Preferibilmente, detto secondo asse “X” e detto terzo asse “Y” sono perpendicolari a detto primo asse “Z”. In a possible embodiment of the position transducer 3, according to the present invention, said shaft 4 is able to move both along a first direction, defined by a second axis "X", and along a second direction, defined by a third "Y" axis. In particular, said second axis "X" is perpendicular to said third axis "Y". Preferably, said second axis "X" and said third axis "Y" are perpendicular to said first axis "Z".
Nella presente forma di realizzazione del trasduttore di posizione 3, lungo detta prima direzione è posto almeno un sensore capacitivo 6, pertanto almeno un sensore capacitivo 6 giace su detto secondo asse “X”. In the present embodiment of the position transducer 3, at least one capacitive sensor 6 is placed along said first direction, therefore at least one capacitive sensor 6 lies on said second axis "X".
Nella presente forma di realizzazione del trasduttore di posizione 3, lungo detta seconda direzione è posto almeno un sensore capacitivo 6; pertanto almeno un sensore capacitivo 6 giace su detto terzo asse “Y”. In the present embodiment of the position transducer 3, at least one capacitive sensor 6 is placed along said second direction; therefore at least one capacitive sensor 6 lies on said third axis "Y".
La presente forma di realizzazione, oltre a permettere di determinare una variazione di posizione angolare, permette di determinare una variazione di posizione lineare rispetto a due direzioni le quali sono fra loro perpendicolari. La presente forma di realizzazione permette, inoltre, di determinare il verso di variazione di posizione lungo dette due direzioni. The present embodiment, besides allowing to determine a variation of angular position, allows to determine a variation of linear position with respect to two directions which are perpendicular to each other. The present embodiment also allows to determine the direction of change of position along said two directions.
In una forma di realizzazione preferita, ma per questo non limitativa, il trasduttore di posizione 3, secondo la presente invenzione, prevede che lungo detta prima direzione sono posti almeno due sensori capacitivi 6, fra cui è posizionato detto corpo conduttore 5. In a preferred but non-limiting embodiment, the position transducer 3, according to the present invention, provides that at least two capacitive sensors 6 are placed along said first direction, between which said conductive body 5 is positioned.
Preferibilmente, nella presente forma di realizzazione del trasduttore di posizione 3, lungo detta seconda direzione sono posti almeno due sensori capacitivi 6, fra cui è posizionato detto corpo conduttore 5. Pertanto, almeno due sensori capacitivi 6 giacciono su detto secondo asse “X” ed almeno due sensori capacitivi 6 giacciono su detto terzo asse “Y”, in cui fra i vari sensori capacitivi 6 giace detto corpo conduttore 5, quest’ultimo in grado di ruotare attorno a detto primo asse “Z” e traslare lungo sia detto secondo asse “X” che detto terzo asse “Y”. Preferably, in the present embodiment of the position transducer 3, at least two capacitive sensors 6 are placed along said second direction, between which said conductive body 5 is positioned. Therefore, at least two capacitive sensors 6 lie on said second axis "X" and at least two capacitive sensors 6 lie on said third axis "Y", in which said conductive body 5 lies between the various capacitive sensors 6, the latter being able to rotate around said first axis "Z" and translate along both said second axis "X" that said third axis "Y".
Le presenti forme di realizzazione permettono di determinare con maggior accuratezza il verso di variazione di posizione lungo dette due direzioni. The present embodiments allow to determine with greater accuracy the direction of change of position along said two directions.
In generale, detto corpo conduttore 5 è posto fra detti sensori capacitivi 6, al fine di permettere a detta unità di controllo 33 di determinarne la variazione di posizione. In general, said conducting body 5 is placed between said capacitive sensors 6, in order to allow said control unit 33 to determine its position variation.
La variazione di posizione di detto corpo conduttore 5 è attuata tramite detto albero 4 il quale può essere movimentato da un utilizzatore, ad esempio movimentando una manopola 10 di un dispositivo joystick 1, opportunamente connessa a detto albero 4. The position variation of said conducting body 5 is carried out by means of said shaft 4 which can be moved by a user, for example by moving a knob 10 of a joystick device 1, suitably connected to said shaft 4.
In una forma di realizzazione preferita del trasduttore di posizione 3, secondo la presente invenzione, sono comprese una pluralità di superfici conduttive 32. Ogni superficie conduttiva 32 descrivente un settore di cerchio, in particolare le superfici conduttive 32 connesse elettricamente all’unità di controllo 33, ed in particolare ai canali dell’unità di controllo 33, e/o ai sensori capacitivi 6 descrivono ognuna un settore di cerchio. Preferibilmente, ogni superficie conduttiva 32 connessa ad una piastra 64 è definente un settore angolare 62. In a preferred embodiment of the position transducer 3, according to the present invention, a plurality of conductive surfaces 32 are included. Each conductive surface 32 describing a sector of a circle, in particular the conductive surfaces 32 electrically connected to the control unit 33 , and in particular to the channels of the control unit 33, and / or to the capacitive sensors 6 each describe a sector of a circle. Preferably, each conductive surface 32 connected to a plate 64 defines an angular sector 62.
In una forma di realizzazione preferita, ma per questo non limitativa ogni superficie conduttiva (32, 62) definisce circa un quadrante di cerchio. In a preferred, but not limiting, embodiment each conductive surface (32, 62) defines approximately one quadrant of a circle.
Preferibilmente, almeno due settori angolari 62 giacciono su detto secondo asse “X” ed almeno due settori angolari 62 giacciono su detto terzo asse “Y”. Al di sopra di detti settori angolari 62 giace detto corpo conduttore 5, quest’ultimo in grado di ruotare attorno a detto primo asse “Z” e traslare lungo sia detto secondo asse “X” che detto terzo asse “Y”. Preferably, at least two angular sectors 62 lie on said second axis "X" and at least two angular sectors 62 lie on said third axis "Y". Above said angular sectors 62 lies said conducting body 5, the latter able to rotate around said first axis "Z" and translate along both said second axis "X" and said third axis "Y".
Nella forma di realizzazione comprendente quattro sensori capacitivi 6, a coppie giacenti lungo detto secondo asse “X” e detto terzo asse “Y”, dette superfici conduttive 32 sono quattro, realizzando detti settori angolari 62. Ogni settore angolare 62, o superficie conduttiva 32, descrive quindi circa un quadrante di cerchio. In tale forma di realizzazione, ogni superficie conduttiva o settore angolare 62 copre un settore di cerchio pari a circa 90°. Detti settori angolari 62 o superfici conduttive 32 sono realizzati preferibilmente in rame. In the embodiment comprising four capacitive sensors 6, in pairs lying along said second axis "X" and said third axis "Y", said conductive surfaces 32 are four, forming said angular sectors 62. Each angular sector 62, or conductive surface 32 , thus describes about a quadrant of a circle. In this embodiment, each conductive surface or angular sector 62 covers a sector of a circle equal to about 90 °. Said angular sectors 62 or conductive surfaces 32 are preferably made of copper.
In una possibile forma di realizzazione ogni sensore capacitivo 6 è connesso ad un rispettivo canale dell’unità di controllo 33, ed ogni settore angolare 62 è connesso ad un rispettivo canale dell’unità di controllo 33. In a possible embodiment, each capacitive sensor 6 is connected to a respective channel of the control unit 33, and each angular sector 62 is connected to a respective channel of the control unit 33.
In una forma di realizzazione preferita ma per questo non limitativa, quattro sensori capacitivi 6, a coppie giacenti lungo detto secondo asse “X” e detto terzo asse “Y”, dette superfici conduttive 32 sono quattro realizzando detti settori angolari 62 ed ognuno connesso ad un rispettivo sensore 6. In a preferred but non-limiting embodiment, four capacitive sensors 6, in pairs lying along said second axis "X" and said third axis "Y", said conductive surfaces 32 are four, making said angular sectors 62 and each connected to a respective sensor 6.
In una forma di realizzazione preferita, ma per questo non limitativa, del trasduttore di posizione 3, secondo la presente invenzione, detto corpo conduttore 5 comprende un’area di esposizione 50. In a preferred but non-limiting embodiment of the position transducer 3, according to the present invention, said conducting body 5 comprises an exposure area 50.
Detta area di esposizione 50 è conformata in modo tale da potersi affacciare sia su dette superfici conduttive 32, o settori angolari 62, sia con dette piastre 64 dei sensori capacitivi 6, compresi nel trasduttore di posizione 3. Said display area 50 is shaped in such a way as to be able to face both said conductive surfaces 32, or angular sectors 62, and with said plates 64 of the capacitive sensors 6, included in the position transducer 3.
Preferibilmente, detta area di esposizione 50 comprende una prima porzione 51 atta a porsi parallelamente a detta piastra 64, ed una seconda porzione 52, elettricamente connessa a detta prima porzione 51. Detta seconda porzione 52 è atta a porsi parallelamente alle superfici conduttive 32 o settori angolari 62, preferibilmente parallelamente alle superfici conduttive 32 o settori angolari 62, i quali possono essere elettricamente connessi alle corrispondenti piastre 64 dei sensori capacitivi 6. Preferably, said display area 50 comprises a first portion 51 able to be placed parallel to said plate 64, and a second portion 52, electrically connected to said first portion 51. Said second portion 52 is able to be placed parallel to the conductive surfaces 32 or sectors angular 62, preferably parallel to the conductive surfaces 32 or angular sectors 62, which can be electrically connected to the corresponding plates 64 of the capacitive sensors 6.
In una forma di realizzazione preferita, ma non limitativa, detta area di esposizione 50 è realizzata in materiale conduttivo in un sol pezzo. In a preferred but non-limiting embodiment, said display area 50 is made of conductive material in one piece.
Preferibilmente, detta area di esposizione 50 è almeno una lamina metallica, ancor più preferibilmente una lamina metallica opportunamente conformata, in particolare ripiegata. Preferably, said display area 50 is at least one metal sheet, even more preferably a suitably shaped metal sheet, in particular folded.
Detta area di esposizione 50 comprende dei mezzi di fissaggio, preferibilmente ad incastro, per connettersi alla struttura del corpo conduttore 5 la quale è fissata a sua volta all’albero 4. Said display area 50 comprises fixing means, preferably interlocking, to connect to the structure of the conducting body 5 which is fixed in turn to the shaft 4.
Preferibilmente detto corpo conduttore 5 ha una struttura di supporto opportunamente conformata per ridurre il più possibile la sua occupazione spaziale e peso, garantendo un adeguato supporto all’area di esposizione 50, al fine di massimizzare la sovrapposizione di aree fra l’area di esposizione 50 ed ogni sensore capacitivo 6, sia rispetto al settore angolare 62 sia rispetto alla piastra 64. Preferably, said conducting body 5 has a suitably shaped support structure to reduce its space occupation and weight as much as possible, ensuring adequate support for the display area 50, in order to maximize the overlap of areas between the display area 50 and each capacitive sensor 6, both with respect to the angular sector 62 and with respect to the plate 64.
In generale, la conformazione dell’area di esposizione 50 del corpo conduttore 5 e le conformazioni della piastra 64 e del rispettivo settore angolare 62, del sensore capacitivo 6, sono tali da massimizzare l’area con cui tali componenti si affacciano fra loro, al fine di poter determinare nel modo più accurato possibile ogni variazione di posizione del corpo conduttore 5 rispetto ai sensori capacitivi 6. In general, the conformation of the display area 50 of the conducting body 5 and the conformations of the plate 64 and of the respective angular sector 62, of the capacitive sensor 6, are such as to maximize the area with which these components face each other, at the in order to be able to determine as accurately as possible any variation in position of the conducting body 5 with respect to the capacitive sensors 6.
Preferibilmente, detta area di esposizione 50 è in grado di affacciarsi ad un settore di cerchio definito da detti sensori capacitivi 6 e/o dette superfici conduttive 32 o settori angolari 62, comprese fra 90° e 180°, in funzione delle esigenze. Preferably, said display area 50 is able to face a circle sector defined by said capacitive sensors 6 and / or said conductive surfaces 32 or angular sectors 62, between 90 ° and 180 °, according to requirements.
Detto albero 4 e la struttura del corpo conduttore 5 sono realizzati in materiale plastico. Said shaft 4 and the structure of the conducting body 5 are made of plastic material.
Detta piastra 64 del sensore capacitivo 6 è di tipo metallico ed è saldata al PCB 31 al fine di poter condurre corrente elettrica, ed essere eventualmente elettricamente connessa alla rispettiva superficie conduttiva 32 definente il settore angolare 62. Said plate 64 of the capacitive sensor 6 is of the metal type and is welded to the PCB 31 in order to be able to conduct electric current, and possibly be electrically connected to the respective conductive surface 32 defining the angular sector 62.
In una forma di realizzazione preferita detta piastra 64 ha una forma a lastra avente una porzione di connessione 642 atta a connettere meccanicamente ed elettricamente detta piastra 64 al circuito stampato 31. In a preferred embodiment said plate 64 has a plate shape having a connection portion 642 able to mechanically and electrically connect said plate 64 to the printed circuit 31.
Il trasduttore di posizione 3, secondo la presente invenzione, è particolarmente adatto ad essere impiegato in dispositivi joystick 1. The position transducer 3, according to the present invention, is particularly suitable for use in joystick devices 1.
I dispositivi joystick 1, secondo la presente invenzione, sono atti ad essere impiegati in veicoli e/o natanti, per l’attivazione ed il controllo di una o più funzionalità, come ad esempio la regolazione degli specchietti retrovisori, e/o la funzioni chi riscaldamento e/o chiusura degli stessi specchietti. The joystick devices 1, according to the present invention, are adapted to be used in vehicles and / or boats, for the activation and control of one or more functions, such as for example the adjustment of rear-view mirrors, and / or the functions of heating and / or closing of the same mirrors.
Il dispositivo joystick 1, secondo la presente invenzione, comprende una manopola 10. Detta manopola 10 può essere movimentata da un utilizzatore, in particolare compiendo traslazioni lineari e/o rotazioni attorno all’asse della stessa manopola 10. The joystick device 1, according to the present invention, comprises a knob 10. Said knob 10 can be moved by a user, in particular by performing linear translations and / or rotations around the axis of the same knob 10.
Detto dispositivo joystick 1, secondo la presente invenzione, comprende una struttura di supporto 22. Detta manopola 10 diparte da detta struttura 22, protendendo, come ad esempio visibile nelle figure 3A-3B. Said joystick device 1, according to the present invention, comprises a support structure 22. Said knob 10 departs from said structure 22, extending, as for example visible in Figures 3A-3B.
Il dispositivo joystick 1, secondo la presente invenzione, comprende un trasduttore di posizione 3 capacitivo. In particolare l’albero 4 del trasduttore di posizione 3 è connesso a detta manopola 10. The joystick device 1, according to the present invention, comprises a capacitive position transducer 3. In particular, the shaft 4 of the position transducer 3 is connected to said knob 10.
Detto trasduttore di posizione 3 è posto in un apposito alloggiamento 21 realizzato in detta struttura di supporto 2, comprendendo un foro tramite cui detta manopola 10 può essere connessa all’albero 4 del trasduttore di posizione 3. Said position transducer 3 is placed in a special housing 21 made in said support structure 2, including a hole through which said knob 10 can be connected to the shaft 4 of the position transducer 3.
In una forma di realizzazione preferita del dispositivo joystick 1, secondo la presente invenzione, detta struttura di supporto 2 comprende delle guide atte a consentire la traslazione dell’albero 4 sia lungo il secondo asse “X” sia lungo un terzo asse “Y”, a seguito dell’azione di un utilizzatore su detta manopola 10. In a preferred embodiment of the joystick device 1, according to the present invention, said support structure 2 comprises guides suitable for allowing the translation of the shaft 4 both along the second axis "X" and along a third axis "Y", following the action of a user on said knob 10.
Preferibilmente, detto dispositivo joystick 1 è realizzato in modo tale che la struttura di supporto 2 giaccia, almeno in parte, sul circuito stampato 31. Preferably, said joystick device 1 is made in such a way that the support structure 2 lies, at least in part, on the printed circuit 31.
Un possibile metodo di controllo di un trasduttore di posizione 3 capacitivo, secondo la presente invenzione, comprende le seguenti fasi: A possible method of controlling a capacitive position transducer 3, according to the present invention, comprises the following steps:
a. misurare i vari canali di un’unità di controllo 33 a cui sono connessi una pluralità di sensori capacitivi 6 e/o superfici conduttive 32 realizzate sul un circuito stampato 31; to. measuring the various channels of a control unit 33 to which are connected a plurality of capacitive sensors 6 and / or conductive surfaces 32 made on a printed circuit 31;
b. salvare i valori misurati per ogni canale dell’unità di controllo 33 in un apposito supporto di memoria; b. save the measured values for each channel of the control unit 33 in a special memory medium;
c. valutare la variazione di posizione rispetto ad un piano in cui detto primo asse “Z” ne definisce la normale; d. calcolare la componente rotazionale nella variazione di posizione; c. evaluate the change in position with respect to a plane in which said first "Z" axis defines its normal; d. calculate the rotational component in the position change;
e. calcolare la componente di traslazione lungo almeno un asse nella variazione di posizione. And. calculate the translation component along at least one axis in the position change.
Il metodo di controllo secondo la presente invenzione è adatto ad essere memorizzato in un supporto di memoria non volatile sottoforma di istruzioni macchina, descrivente un programma per elaboratore elettronico, atte ad essere eseguite dall’unità di controllo 33, ad esempio tramite un microcontrollore. The control method according to the present invention is suitable for being stored in a non-volatile memory medium in the form of machine instructions, describing an electronic computer program, suitable for being executed by the control unit 33, for example through a microcontroller.
Detto supporto di memoria può essere compreso in detta unità di controllo 33 e/o elettronicamente connessa alla stessa unità di controllo 33. Said memory support can be included in said control unit 33 and / or electronically connected to the same control unit 33.
Il presente metodo è eseguito in modo continuativo, ad esempio in loop, fintanto che il trasduttore di posizione 3, secondo la presente invenzione, è attivo, ad esempio è alimentato elettricamente. The present method is carried out continuously, for example in a loop, as long as the position transducer 3, according to the present invention, is active, for example it is electrically powered.
La fase di misurare canali di un’unità di controllo 33 a cui sono connessi una pluralità di sensori capacitivi 6 e/o superfici conduttive 32 consiste nella misurazione di una o più grandezze elettriche relative ai sensori capacitivi 6 e/o superfici conduttive 32, quali ad esempio una tensione fra massa e detto sensore capacitivo 6, e/o una tensione fra la superficie conduttiva 32 e la massa, oppure solamente la caduta di tensione fra detta piastra 64 e la massa, qualora detta piastra 64 sia elettricamente connessa al rispettivo settore angolare 62. The step of measuring channels of a control unit 33 to which a plurality of capacitive sensors 6 and / or conductive surfaces 32 are connected consists in measuring one or more electrical quantities relating to the capacitive sensors 6 and / or conductive surfaces 32, such as for example a voltage between ground and said capacitive sensor 6, and / or a voltage between conductive surface 32 and ground, or only the voltage drop between said plate 64 and ground, if said plate 64 is electrically connected to the respective sector angular 62.
L’operazione di misurazione di viene eseguita per ogni canale dell’unità di controllo 33 a cui è connesso almeno un sensore capacitivo 6 e/o una superficie conduttiva 32. The measurement operation of is performed for each channel of the control unit 33 to which at least one capacitive sensor 6 and / or a conductive surface 32 is connected.
La fase di salvare i valori misurati per ogni canale dell’unità di controllo 33, permette di memorizzare una serie di misurazioni consecutive, ad esempio in un numero compreso fra 2 e 100, in modo tale da avere traccia delle misure precedenti con cui poter svolgere un confronto e/o una computazione. The step of saving the measured values for each channel of the control unit 33 allows to store a series of consecutive measurements, for example in a number between 2 and 100, in such a way as to have a trace of the previous measurements with which to carry out a comparison and / or a computation.
I valori ottenuti dalle misurazioni svolte sui vari canali sono memorizzate su un supporto di memoria, anche di tipo volatile. Detto supporto di memoria può essere compreso in detta unità di controllo 33 e/o elettronicamente connessa alla stessa unità di controllo 33. The values obtained from the measurements carried out on the various channels are stored on a memory medium, even of the volatile type. Said memory support can be included in said control unit 33 and / or electronically connected to the same control unit 33.
La fase di valutare la variazione di posizione rispetto ad un piano in cui detto primo asse “Z” ne definisce la normale, consiste nell’elaborare i dati ottenuti dalle misurazioni fatte sui diversi canali dell’unità di controllo 33, ad esempio confrontando i valori misurati con i valori misurati precedentemente, al fine di determinare se vi è stata una variazione di almeno una grandezza elettrica misurata. Tale elaborazione dei dati permette di determinare se vi è stata una variazione di posizione del corpo conduttore 5 nel piano, il quale è il piano definito dal circuito stampato 31, su cui giacciono le superfici conduttive 32, ed in particolare i settori angolari 62, e le piastre 64 dei sensori capacitivi 6. The phase of evaluating the change in position with respect to a plane in which said first axis "Z" defines its normal, consists in processing the data obtained from the measurements made on the different channels of the control unit 33, for example by comparing the values measured with the previously measured values, in order to determine if there has been a variation of at least one measured electrical quantity. This data processing makes it possible to determine whether there has been a change in the position of the conducting body 5 in the plane, which is the plane defined by the printed circuit 31, on which the conductive surfaces 32 lie, and in particular the angular sectors 62, and plates 64 of capacitive sensors 6.
La presente fase permette dunque di determinare se è avvenuto o meno una variazione di posizione, ad esempio rispetto ad una prima posizione o posizione di riposo. The present phase therefore allows to determine whether or not a change in position has occurred, for example with respect to a first position or rest position.
La fase di calcolare la componente rotazionale nella variazione di posizione, consiste nell’elaborare i dati ottenuti dalle misurazioni, valutando su quali canali dell’unità di controllo 33 è avvenuta la variazione della grandezza elettrica. Tale fase consiste nel valutare, con opportuni algoritmi, l’angolo di rotazione compiuto dal corpo conduttore 5 nella rotazione attorno all’asse “Z”, qualora sia avvenuta. The phase of calculating the rotational component in the position variation consists in processing the data obtained from the measurements, evaluating on which channels of the control unit 33 the variation of the electrical quantity occurred. This phase consists in evaluating, with appropriate algorithms, the angle of rotation performed by the conductor body 5 in the rotation around the "Z" axis, if this has occurred.
La fase di calcolare la componente di traslazione nella variazione di posizione consiste nell’elaborare i dati ottenuti dalle misurazioni, valutando su quali canali dell’unità di controllo 33 è avvenuta la variazione della grandezza elettrica. Tale fase consiste nel valutare, con opportuni algoritmi, la direzione ed il verso del movimento compiuto dal corpo conduttore 5 nel suo movimento traslatorio, qualora sia avvenuto. The phase of calculating the translation component in the position variation consists in processing the data obtained from the measurements, evaluating on which channels of the control unit 33 the variation of the electrical quantity occurred. This step consists in evaluating, with suitable algorithms, the direction and the direction of the movement performed by the conducting body 5 in its translational movement, if this has occurred.
Le fasi di calcolo del metodo di controllo, secondo la presente invenzione, possono essere invertite nell’esecuzione fra loro e/o svolte in parallelo. The calculation phases of the control method, according to the present invention, can be reversed in execution with each other and / or carried out in parallel.
Gli algoritmi utilizzati nelle fasi di calcolo del metodo sono opportunamente sviluppati considerando tutte le possibili casistiche di variazioni di capacità che possono essere rilevate in funzione dei vari movimenti compiuti dal corpo conduttore 5, in funzione dei gradi di libertà cui gode l’albero 4. The algorithms used in the calculation phases of the method are suitably developed considering all the possible cases of capacity variations that can be detected as a function of the various movements made by the conducting body 5, depending on the degrees of freedom enjoyed by the shaft 4.
In generale, la capacità di ogni sensore capacitivo 6 e/o ogni superficie conduttiva 32 può variare in base sia alla distanza tra l’area di esposizione 50 del corpo conduttore 5 ed una o più piastre 64 dei sensori capacitivi 6, sia all’area di sovrapposizione fra l’area di esposizione 50 del corpo conduttore 5 ed una o più superfici conduttive 32 o settori angolari 62 realizzati sul circuito stampato 31 connesse ai rispettivi sensori capacitivi 6. In general, the capacitance of each capacitive sensor 6 and / or each conductive surface 32 can vary according both to the distance between the exposure area 50 of the conducting body 5 and one or more plates 64 of the capacitive sensors 6, and to the area of overlap between the display area 50 of the conducting body 5 and one or more conductive surfaces 32 or angular sectors 62 made on the printed circuit 31 connected to the respective capacitive sensors 6.
In particolare, la componente di traslazione può essere determinata qualora si rilevi una variazione di distanza fra l’area d’esposizione 50 del corpo conduttore 5 ed una o più piastre 64. In particular, the translation component can be determined if there is a variation in distance between the exposure area 50 of the conducting body 5 and one or more plates 64.
Invece, la componente rotazionale può essere determinata qualora si verifichi una variazione di area di sovrapposizione fra l’area di esposizione 50 il corpo conduttore 5 ed una o più superfici conduttive 32 o settori angolari 62 realizzati sul PCB 31. Instead, the rotational component can be determined if there is a variation in the overlap area between the exposure area 50, the conducting body 5 and one or more conductive surfaces 32 or angular sectors 62 made on the PCB 31.
Forme di realizzazione alternative per determinare una componente, rotazionale o trasversale, prevedono di valutare sia variazioni di distanza fra l’area d’esposizione 50 del corpo conduttore 5 ed una o più piastre 64 sia l’area di esposizione 50 il corpo conduttore 5 ed una o più superfici conduttive 32 o settori angolari 62. Alternative embodiments for determining a component, rotational or transverse, provide for evaluating both variations in distance between the exposure area 50 of the conducting body 5 and one or more plates 64 and the exposure area 50 the conducting body 5 and one or more conductive surfaces 32 or angular sectors 62.
La figura 7 mostra un diagramma di flusso per la determinazione di una variazione di posizione rilevabile tramite il trasduttore di posizione 3, rappresentando una possibile forma di realizzazione del metodo di controllo, secondo la presente invenzione. Figure 7 shows a flow chart for determining a position variation detectable by the position transducer 3, representing a possible embodiment of the control method, according to the present invention.
Il metodo comprende una prima fase: I) inizializzare del trasduttore di posizione 3. The method includes a first step: I) initializing the position transducer 3.
In tale fase I) possono essere svolte procedure per verificare il corretto funzionamento del trasduttore di posizione 3, come ad esempio dell’unità di controllo 33 e/o dei sensori capacitivi 6. In this phase I) procedures can be carried out to verify the correct operation of the position transducer 3, such as the control unit 33 and / or the capacitive sensors 6.
In particolare la fase I) di inizializzare il trasduttore di posizione 3, comprende le seguenti sottofasi: In particular, phase I) of initializing the position transducer 3 includes the following sub-phases:
I1) controllare il corretto funzionamento del trasduttore di posizione 3; I1) check the correct operation of the position transducer 3;
I2) verificare il trasduttore di posizione 3. I2) check the position transducer 3.
La sottofase I1) prevede di eseguire una diagnostica di inizializzazione del trasduttore di posizione 3. Qualora dall’esecuzione della sottofase I1) emergesse che il funzionamento del trasduttore è compromessa e/o l’inizializzazione non potesse essere completata, nella successiva sottofase decisionale I2) il metodo procederebbe verso il percorso “false” e quindi all’uscita dal metodo di controllo, con una relativa segnalazione di errore. Sub-phase I1) involves carrying out an initialization diagnostic of the position transducer 3. If from the execution of sub-phase I1) it emerges that the operation of the transducer is compromised and / or the initialization could not be completed, in the subsequent decision-making sub-phase I2) the method would proceed towards the "false" path and then exit the control method, with a relative error signal.
La sottofase decisionale I2) è inoltre utilizzata per verificare se è opportuno continuare nell’esecuzione del metodo di controllo secondo la presente invenzione. Infatti, la sottofase I2) permette di eseguire in modo ciclico l’esecuzione del metodo di controllo, secondo la presente invenzione. The decision sub-phase I2) is also used to check whether it is appropriate to continue with the execution of the control method according to the present invention. In fact, the sub-phase I2) allows the execution of the control method to be carried out in a cyclical manner, according to the present invention.
Successivamente, è presente la fase a) di misurare i canali dell’unità di controllo 33. Subsequently, there is step a) of measuring the channels of the control unit 33.
Nella forma di realizzazione illustrata in figura 7 sono presenti le seguenti sottofasi: In the embodiment illustrated in figure 7 the following sub-phases are present:
a1) esecuzione di almeno una misura di una grandezza elettrica per ogni canale dell’unità di controllo 33; a1) execution of at least one measurement of an electrical quantity for each channel of the control unit 33;
a2) condizionamento delle misurazioni eseguite. a2) conditioning of the measurements performed.
La sottofase a1) consiste nella misurazione di una grandezza elettrica, quale ad esempio una tensione, presente su ogni canale dell’unità di controllo 33. In questo modo è possibile determinare se si è verificata una variazione di posizione, in particolare del corpo conduttore 5 rispetto ai sensori capacitivi 6 e/o rispetto alle superfici conduttive 32. Sub-phase a1) consists of measuring an electrical quantity, such as a voltage, present on each channel of the control unit 33. In this way it is possible to determine if a position variation has occurred, in particular of the conducting body 5 with respect to capacitive sensors 6 and / or with respect to conductive surfaces 32.
La sottofase a2) consiste nell’esecuzione di una elaborazione del segnale misurato al fine di ridurre gli errori di misura e l’incertezza di misura. In particolare il segnale misurato viene opportunamente filtrato e/o opportunamente amplificato per migliorare l’elaborazione della misura eseguita. La stessa misura, svolta in modo analogico, può subire una conversione in digitale, al fine di permetterne una miglior elaborazione e/o confronto per le successive fasi del metodo di controllo, secondo la presente invenzione. Sub-phase a2) consists in carrying out a processing of the measured signal in order to reduce measurement errors and measurement uncertainty. In particular, the measured signal is suitably filtered and / or suitably amplified to improve the processing of the measurement performed. The same measurement, carried out in an analog way, can undergo a digital conversion, in order to allow a better processing and / or comparison for the subsequent phases of the control method, according to the present invention.
Il diagramma di flusso rappresentante una possibile forma di realizzazione del metodo di controllo, secondo la presente invenzione, precedentemente alla fase di salvare i valori misurati, è presente una sotto fase decisionale: b0) verificare il lasso di tempo trascorso dall’ultima esecuzione della fase b). The flow chart representing a possible embodiment of the control method, according to the present invention, prior to the step of saving the measured values, there is a decision sub-step: b0) check the time lapse since the last execution of the step b).
Tale sottofase consente di memorizzare solamente le misure svolte ad intervalli minimi regolari, in modo tale da non sovraccaricare la memoria richiesta ed elaborare le misure eseguite ad intervalli di tempo tali da incrementare la probabilità che una variazione di posizione possa essere eseguita, in funzione della velocità media con cui l’albero 4, tramite la manopola 10 del dispositivo joystick 1, può essere movimentato da un utilizzatore. This sub-phase allows you to store only the measurements carried out at regular minimum intervals, so as not to overload the memory required and to process the measurements performed at time intervals such as to increase the probability that a position change can be performed, as a function of speed. medium with which the shaft 4, by means of the knob 10 of the joystick device 1, can be moved by a user.
Ad esempio gli intervalli possono essere compresi fra 0,1 – 1 secondo, preferibilmente la memorizzazione delle misure eseguite viene salvata ogni 0,5 secondi. For example, the intervals can be comprised between 0.1 - 1 second, preferably the memorization of the measurements performed is saved every 0.5 seconds.
Qualora sia trascorso un tempo maggiore al tempo prestabilito il metodo procederà verso la sottofase b1), seguendo il percorso “yes”, in alternativa si seguirà il percorso “no”, giungendo nuovamente alla sottofase a0). If a longer time has elapsed than the pre-established time, the method will proceed towards sub-phase b1), following the “yes” path, alternatively the “no” path will be followed, reaching again the sub-phase a0).
Successivamente alla sottofase b0) è eseguita la sottofase b1) memorizzare su un supporto di memoria le misurazioni eseguite. Sub-phase b1) is carried out after sub-phase b0), saving the measurements performed on a memory medium.
Successivamente, vengono svolte le fasi c), d) ed e) del metodo di controllo, secondo la presente invenzione, come descritte precedentemente. Subsequently, steps c), d) and e) of the control method are carried out, according to the present invention, as described above.
Il diagramma di flusso, mostra come a seguito della fase e) è possibile ritornare alla sottofase I2) al fine di valutare se sia ancora necessario eseguire il metodo di controllo, secondo la presente invenzione, oppure terminare l’esecuzione dello stesso metodo. The flow chart shows how following step e) it is possible to return to sub-phase I2) in order to assess whether it is still necessary to perform the control method, according to the present invention, or to finish the execution of the same method.
Forme di realizzazione del metodo di controllo non descritte nel dettaglio ma desumibili dalla presente descrizione dovranno essere considerate comprese nella presente descrizione. Embodiments of the control method not described in detail but which can be deduced from the present description are to be considered included in the present description.
La figura 1 mostra in una vista prospettica una forma di realizzazione preferita del trasduttore di posizione 3, secondo la presente invenzione. Nella presente forma di realizzazione, esemplificativa e non limitativa, il trasduttore di posizione 3 comprende un corpo conduttore 5 mobile rigidamente connesso all’albero 4, quest’ultimo in grado di far ruotare o traslare il corpo conduttore 5 ad esso connesso, preferibilmente ruotare rispetto ad un primo asse “Z” e traslare rispetto un secondo asse “X” e rispetto ad un terzo asse “Y” in cui tali assi sono fra loro perpendicolari. Figure 1 shows in a perspective view a preferred embodiment of the position transducer 3, according to the present invention. In the present embodiment, exemplary and not limiting, the position transducer 3 comprises a movable conducting body 5 rigidly connected to the shaft 4, the latter capable of making the conducting body 5 connected thereto rotate or translate, preferably rotate with respect to to a first "Z" axis and translate with respect to a second "X" axis and with respect to a third "Y" axis in which these axes are perpendicular to each other.
Il trasduttore di posizione 3 comprende inoltre quattro sensori capacitivi 6, ognuno dei quali è elettricamente connesso ad una superficie conduttiva 32 o settore angolare 62, il quale è conformato con un settore di cerchio di circa 90°. Ogni settore angolare 62 è in rame ed è realizzata sul circuito stampato o PCB 31 elettricamente connesso ad una rispettiva piastra 64 metallica saldata su circuito stampato o PCB 31. Ognuno dei quattro sensori 6 è elettricamente connesso ad un’unità di controllo 33, in particolare ad un rispettivo canale. The position transducer 3 further comprises four capacitive sensors 6, each of which is electrically connected to a conductive surface 32 or angular sector 62, which is shaped with a sector of a circle of about 90 °. Each angular sector 62 is made of copper and is made on the printed circuit or PCB 31 electrically connected to a respective metal plate 64 welded to the printed circuit or PCB 31. Each of the four sensors 6 is electrically connected to a control unit 33, in particular to a respective channel.
Detti sensori capacitivi 6 sono posizionati a coppie lungo detto secondo asse “X” e lungo detto terzo asse “Y”, fra cui è posizionato detto corpo conduttore 5. Said capacitive sensors 6 are positioned in pairs along said second axis "X" and along said third axis "Y", between which said conducting body 5 is positioned.
Detto corpo conduttore 5 comprende un’area di esposizione 50 realizzata in materiale metallico al fine di interagire con detti sensori capacitivi 6. Said conducting body 5 comprises an exposure area 50 made of metal material in order to interact with said capacitive sensors 6.
La figura 2 mostra una vista dall’alto del trasduttore di posizione 3 di figura 1 in una possibile configurazione operativa. Figure 2 shows a top view of the position transducer 3 of Figure 1 in a possible operating configuration.
Dalla presente figura, è visibile il corpo conduttore 5 posizionato fra due sensori capacitivi 6, in particolare fra due piastre 64, in cui una piastra 64 è posta lungo il secondo asse “X”, e l’altra piastra 64 è posta lungo detto terzo asse “Y”. Inoltre, come è possibile comprendere, il corpo conduttore 5 è posto fra due settori angolari 62 consecutivi. Dalla figura 2 sono comprensibili i possibili movimenti rispetto agli assi (X, Y, Z), in particolare di rotazione, attorno al primo asse “Z”, e di traslazione sia lungo detto secondo asse “X” sia lungo detto terzo asse “Y”. Il trasduttore di posizione 3, secondo la presente invenzione , giace sul circuito stampato 31. From the present figure, the conducting body 5 positioned between two capacitive sensors 6, in particular between two plates 64, is visible, in which one plate 64 is placed along the second axis "X", and the other plate 64 is placed along said third "Y" axis. Furthermore, as it is possible to understand, the conducting body 5 is placed between two consecutive angular sectors 62. From figure 2 you can understand the possible movements with respect to the axes (X, Y, Z), in particular of rotation, around the first axis "Z", and of translation both along said second axis "X" and along said third axis "Y ". The position transducer 3, according to the present invention, lies on the printed circuit 31.
La figura 3A mostra il dispositivo joystick 1 in una vista laterale sezionata. Dalla presente figura, è visibile il trasduttore di posizione 3, secondo la presente invenzione, applicato ad un dispositivo joystick 1. Dalla presente figura è visibile una possibile forma di realizzazione della struttura di supporto 2, in cui è visibile una manopola 10 protendente dalla stessa struttura di supporto 2. La struttura di supporto 2 comprende un alloggiamento 21 in cui è alloggiato detto trasduttore di posizione 3. Detta struttura di supporto 2 comprende un foro tramite cui detto albero 4 del trasduttore di posizione 3, quest’ultimo posto nell’alloggiamento 21, si connette alla manopola 10. Figure 3A shows the joystick device 1 in a sectional side view. From the present figure, the position transducer 3, according to the present invention, applied to a joystick device 1 is visible. From the present figure, a possible embodiment of the support structure 2 is visible, in which a knob 10 protruding from it is visible support structure 2. The support structure 2 comprises a housing 21 in which said position transducer 3 is housed. Said support structure 2 comprises a hole through which said shaft 4 of the position transducer 3, the latter located in the housing 21, connects to knob 10.
Dalla figura in sezione, è possibile comprendere una possibile conformazione del corpo conduttore 5 e dell’area di esposizione 50. From the sectional figure, it is possible to understand a possible conformation of the conducting body 5 and the exposure area 50.
La figura 3B mostra il dispositivo joystick 1 in una vista dall’alto in prospettiva in sezione. Dalla presente figura, è visibile il trasduttore di posizione 3 applicato ad un dispositivo joystick 1, in una differente punto di vista rispetto alla figura 3A. Figure 3B shows the joystick device 1 in a sectional perspective top view. From the present figure, the position transducer 3 applied to a joystick device 1 is visible, in a different point of view with respect to figure 3A.
Come in figura 3A, in figura 3B è visibile una possibile forma di realizzazione dei sensori capacitivi 6, in particolare in figura 3B sono visibili due piastre 64 affacciate ed allineate rispetto al secondo asse “X”. Fra dette due piastre è posizionato detto corpo conduttore 5 comprendente un’area di esposizione 50. Detto corpo conduttore 5 è connesso all’albero 4 il quale è a sua volta connesso alla manopola 10 del dispositivo joystick 1. As in figure 3A, in figure 3B a possible embodiment of the capacitive sensors 6 is visible, in particular in figure 3B two plates 64 facing and aligned with respect to the second axis "X" are visible. Between said two plates is positioned said conducting body 5 comprising an exposure area 50. Said conducting body 5 is connected to the shaft 4 which is in turn connected to the knob 10 of the joystick device 1.
La figura 4A mostra una possibile forma di realizzazione dell’area di esposizione 50 del corpo conduttore 5. Dalla figura sono visibili: la prima porzione 51, atta ad interagire con dette piastre 64; e la seconda porzione 52, atta ad interagire con detti settori angolari 62, dei sensori capacitivi 6. Figure 4A shows a possible embodiment of the display area 50 of the conducting body 5. The figure shows: the first portion 51, designed to interact with said plates 64; and the second portion 52, adapted to interact with said angular sectors 62, of the capacitive sensors 6.
Detta prima porzione 51 è ad esempio realizzata sotto forma di due lastre poste in modo tale da descrivere un certo angolo fra loro, ad esempio descrivendo un angolo di circa 135°. Tale disposizione permette di incrementare l’area con cui l’area di esposizione 50 si affaccia con le piastre 64. Tale conformazione evita che a causa di una traslazione dette lastre possano giungere in contatto con dette piastre 64. Said first portion 51 is for example made in the form of two plates placed in such a way as to describe a certain angle between them, for example describing an angle of about 135 °. This arrangement allows to increase the area with which the exposure area 50 faces with the plates 64. This conformation prevents said plates from coming into contact with said plates 64 due to a translation.
Detta seconda porzione 52 avendo un primo estremo da cui diparte detta prima porzione 51, posta perpendicolarmente a detta seconda porzione 52. Said second portion 52 having a first end from which said first portion 51 departs, placed perpendicularly to said second portion 52.
All’estremo opposto della seconda porzione 52 è presente una porzione di connessione tramite cui l’area di esposizione 50 è connessa alla struttura del corpo conduttore 5. At the opposite end of the second portion 52 there is a connection portion through which the display area 50 is connected to the structure of the conductor body 5.
Detta area di esposizione 50 è realizzata in un singolo pezzo, ad esempio conformando opportunamente una lamina metallica. Said display area 50 is made in a single piece, for example by suitably shaping a metal sheet.
La figura 4B mostra una piastra 64 di un sensore capacitivo 6 compreso nel trasduttore di posizione 3, secondo la presente invenzione. Figure 4B shows a plate 64 of a capacitive sensor 6 included in the position transducer 3, according to the present invention.
Dalla presente figura è visibile una conformazione planare comprendente una porzione di connessione 642, sottoforma ad esempio di due piedini, atta a connettere meccanicamente ed elettricamente detta piastra 64 al circuito stampato o PCB 31. Preferibilmente, detta porzione di connessione 642 sarà sostanzialmente posta al di sotto della superficie definita dal circuito stampato 31 su cui giacciono le superfici conduttive 32 ed in particolare i settori angolari 62. The present figure shows a planar conformation comprising a connection portion 642, in the form for example of two pins, adapted to mechanically and electrically connect said plate 64 to the printed circuit or PCB 31. Preferably, said connection portion 642 will be substantially placed beyond below the surface defined by the printed circuit 31 on which the conductive surfaces 32 and in particular the angular sectors 62 lie.
La figura 4C mostra i settori angolari 62, costituiti da superfici conduttive 32, le quali possono essere connesse ai sensori capacitivi 6, in particolare elettricamente connessi alle rispettive piastre 64 del rispettivo sensore capacitivo 6, ad esempio essendo comprese nei sensori capacitivi 6. Figure 4C shows the angular sectors 62, consisting of conductive surfaces 32, which can be connected to the capacitive sensors 6, in particular electrically connected to the respective plates 64 of the respective capacitive sensor 6, for example being included in the capacitive sensors 6.
Nella forma di realizzazione mostrata sono presenti quattro settori angolari 62. Detti settori angolari 62 sono isolati elettricamente fra loro. Il numero e la conformazione dei settori angolari 62 può dipendere dal numero di sensori capacitivi 6 implementati nel trasduttore di posizione 3, secondo la presente invenzione. Nel caso in cui ci fossero più di quattro sensori capacitivi 6, preferibilmente multipli di due, la conformazione dei settori angolari 62 varierebbe, comprendo un settore di cerchio di angolo inferiore. In the embodiment shown there are four angular sectors 62. Said angular sectors 62 are electrically insulated from each other. The number and shape of the angular sectors 62 may depend on the number of capacitive sensors 6 implemented in the position transducer 3, according to the present invention. If there were more than four capacitive sensors 6, preferably multiples of two, the conformation of the angular sectors 62 would vary, including a sector of a circle with a lower angle.
Dalla sequenza delle figure 5A-5C è comprensibile la variazione di posizione assunta dal corpo conduttore 5, ed in particolare dall’area di esposizione 50 del trasduttore di posizione 3 in una variazioni di posizione di tipo angolare. La figura 5A mostra il trasduttore di posizione 3 in una prima posizione, ad esempio di riposo, in particolare una posizione in cui il trasduttore di posizione 3 sta stazionando prima di iniziare una variazione di posizione. La figura 5B mostra il trasduttore di posizione 3 a seguito di una prima rotazione attorno ad un primo asse “Z”. Tale movimento è particolarmente evidente nel confronto con la figura 5A. From the sequence of figures 5A-5C it is understandable the change in position assumed by the conductor body 5, and in particular by the exposure area 50 of the position transducer 3 in an angular type of position variations. Figure 5A shows the position transducer 3 in a first position, for example at rest, in particular a position in which the position transducer 3 is stationary before starting a position variation. Figure 5B shows the position transducer 3 following a first rotation around a first "Z" axis. This movement is particularly evident in the comparison with Figure 5A.
La variazione di posizione di tipo angolare potrebbe essere stata causata dalla rotazione dell’albero 4 in senso orario, compiano una rotazione di circa 45° oppure una rotazione in senso antiorario di circa 405°. The angular type position variation may have been caused by the rotation of shaft 4 clockwise, perform a rotation of about 45 ° or a counterclockwise rotation of about 405 °.
La figura 5C mostra il trasduttore di posizione 3 a seguito di una seconda rotazione attorno ad un primo asse “Z”, in particolare nel paragone con la figura 5A e la figura 5B. La variazione di posizione di tipo angolare potrebbe essere stata causata dalla rotazione dell’albero 4 in senso orario, compiano una rotazione di circa 90°, rispetto alla posizione assunta in figura 5B, oppure una rotazione in senso antiorario di circa 225° rispetto alla posizione assunta in figura 5A. Figure 5C shows the position transducer 3 following a second rotation around a first axis "Z", in particular in comparison with Figure 5A and Figure 5B. The angular type position variation could have been caused by the rotation of the shaft 4 in a clockwise direction, they perform a rotation of about 90 °, with respect to the position assumed in figure 5B, or a counterclockwise rotation of about 225 ° with respect to the position taken in Figure 5A.
La variazione di posizione dell’area di esposizione 50 comporterà almeno una variazione di almeno una grandezza elettrica di uno o più sensori capacitivi 6 e/o dette superfici conduttive 32. Tale variazione potrà essere rilevata tramite l’unità di controllo 33. The position variation of the exposure area 50 will involve at least a variation of at least one electrical quantity of one or more capacitive sensors 6 and / or said conductive surfaces 32. This variation can be detected through the control unit 33.
Nelle figure sono mostrati esclusivamente due piastre 64 di rispettivi sensori capacitivi 6, sia per permettere di comprendere meglio il movimento dell’area di esposizione 50 del corpo conduttore 5 attorno al primo asse “Z”, sia per descrivere una possibile forma di realizzazione in cui sono compresi esclusivamente due sensori capacitivi 6. The figures show only two plates 64 of respective capacitive sensors 6, both to allow a better understanding of the movement of the exposure area 50 of the conducting body 5 around the first axis "Z", and to describe a possible embodiment in which only two capacitive sensors are included 6.
Dalla sequenza delle figure 6A-6C è comprensibile la variazione di posizione assunta dal corpo conduttore 5, ed in particolare dall’area di esposizione 50 del trasduttore di posizione 3 in una variazioni di posizione dovuta a traslazioni lungo detto secondo asse “X” e detto terzo asse “Y”. La figura 6A mostra il trasduttore di posizione 3 in una prima posizione, ad esempio di riposo, in particolare una posizione in cui il trasduttore di posizione 3 sta stazionando prima di iniziare una variazione di posizione. From the sequence of figures 6A-6C it is understandable the change in position assumed by the conducting body 5, and in particular by the exposure area 50 of the position transducer 3 in a position change due to translations along said second axis "X" and said third axis "Y". Figure 6A shows the position transducer 3 in a first position, for example at rest, in particular a position in which the position transducer 3 is stationary before starting a position variation.
La figura 6B mostra il trasduttore di posizione 3 a seguito di una traslazione lungo il secondo asse “X” rispetto ala posizione assunta dal trasduttore di posizione 3 mostrato in figure figura 6A. Figure 6B shows the position transducer 3 following a translation along the second axis "X" with respect to the position assumed by the position transducer 3 shown in figures figure 6A.
Dal paragone di figura 6A e 6B è visibile la variazione di distanza fra detta area di esposizione 50 del corpo conduttore 5 rispetto ad una piastra 64, posta lungo detto secondo asse “X”. Pertanto l’area di esposizione 50 si avvicina alla piastra 64, variando di conseguenza una grandezza elettrica associata al corrispondente sensore capacitivo 6, rilevabile tramite detta unità di controllo 33. From the comparison of figures 6A and 6B it is visible the variation in distance between said exposure area 50 of the conducting body 5 with respect to a plate 64, placed along said second axis "X". Therefore the exposure area 50 approaches the plate 64, consequently varying an electrical quantity associated with the corresponding capacitive sensor 6, detectable through said control unit 33.
La figura 6C mostra il trasduttore di posizione 3 a seguito di una traslazione lungo un terzo asse “Y”. Rispetto alla figura 6A, il trasduttore di posizione 3 di figura 6C oltre ad essere visto da una diversa prospettiva, l’area di esposizione 50 ha subito una rotazione al fine di allinearsi a detto terzo asse “Y” e compiendo una traslazione lungo detto terzo asse “Y”, al fine di avvicinarsi alla piastra 64 del sensore capacitivo 6 posto lungo detto terzo asse “Y”. Anche in questo caso l’area di esposizione 50 si avvicina alla piastra 64, variando di conseguenza una grandezza elettrica associata al corrispondente sensore capacitivo 6, rilevabile tramite detta unità di controllo 33. Figure 6C shows the position transducer 3 following a translation along a third axis "Y". With respect to figure 6A, the position transducer 3 of figure 6C in addition to being seen from a different perspective, the display area 50 has undergone a rotation in order to align itself with said third axis "Y" and performing a translation along said third axis "Y", in order to approach the plate 64 of the capacitive sensor 6 placed along said third axis "Y". Also in this case the exposure area 50 approaches the plate 64, consequently varying an electrical quantity associated with the corresponding capacitive sensor 6, detectable through said control unit 33.
Nelle figure sono mostrati esclusivamente due piastre 64 di rispettivi sensori capacitivi 6, sia per permettere di comprendere meglio il movimento dell’area di esposizione 50 del corpo conduttore 5 rispetto al secondo asse “X” ed al terzo asse “Y”, sia per descrivere una possibile forma di realizzazione in cui sono compresi esclusivamente due sensori capacitivi 6. The figures show only two plates 64 of respective capacitive sensors 6, both to allow a better understanding of the movement of the exposure area 50 of the conducting body 5 with respect to the second axis "X" and the third axis "Y", and to describe a possible embodiment in which only two capacitive sensors 6 are included.
La figura 8 mostra in modo schematico la connessione elettronica dei sensori capacitivi 6 all’unità di controllo 33 del trasduttore di posizione 3 secondo la presente invenzione. Figure 8 schematically shows the electronic connection of the capacitive sensors 6 to the control unit 33 of the position transducer 3 according to the present invention.
Nella figura sono mostrati quatto sensori capacitivi 6. Forme di realizzazione comprendenti più di quattro sensori capacitivi 6 sono possibili, come suggerisce la stessa figura 8. Ad esempio, oltre ai sensori capacitivi 6 possono essere connesse all’unità di controllo 33, in particolare ai rispettivi canali, dette superfici conduttive 32 o settori angolari 62. In the figure, four capacitive sensors 6 are shown. Embodiments comprising more than four capacitive sensors 6 are possible, as the same figure 8 suggests. For example, in addition to the capacitive sensors 6, they can be connected to the control unit 33, in particular to the respective channels, called conductive surfaces 32 or angular sectors 62.
Detta unità di controllo 33 oltre ad un’unità di calcolo, ad esempio un microcontrollore può comprendere dispositivi di misura in grado di misurare una grandezza elettrica riferita a detti sensori capacitivi 6 e/o superfici conduttive 32 o settori angolari 62. Said control unit 33 in addition to a calculation unit, for example a microcontroller can include measuring devices capable of measuring an electrical quantity referred to said capacitive sensors 6 and / or conductive surfaces 32 or angular sectors 62.
Il trasduttore di posizione 3, secondo la presente invenzione, è in grado di determinare contemporaneamente due tipi di informazione: The position transducer 3, according to the present invention, is capable of simultaneously determining two types of information:
- angolo di rotazione compiuto dal corpo conduttore 5 mobile ancorato all’albero 4; - angle of rotation performed by the moving conducting body 5 anchored to the shaft 4;
- prossimità e direzione di traslazione compiuta dal corpo conduttore 5 ancorato all’albero 4. - proximity and direction of translation performed by the conductor body 5 anchored to the shaft 4.
La presente invenzione permette in modo semplice ed efficace di implementare un trasduttore di posizione sia di tipo lineare che rotazionale tramite la tecnologia capacitiva. The present invention allows in a simple and effective way to implement a position transducer of both linear and rotational type by means of capacitive technology.
La soluzione secondo la presente invenzione permette di eliminare strisciamenti e porzioni in contatto meccanico soggetti ad usura, allungando notevolmente la vita utile del traduttore di posizione 3, secondo la presente invenzione. The solution according to the present invention allows to eliminate sliding and portions in mechanical contact subject to wear, considerably extending the useful life of the position translator 3, according to the present invention.
Forme di realizzazione equivalenti non descritte nella presente domanda di brevetto ma facilmente desumibili da un tecnico del settore alla luce della presente descrizione e dalle figure allegate, sono da considerarsi comprese nella presente nell’ambito di tutela della presente domanda di brevetto. Equivalent embodiments not described in the present patent application but easily inferable by a person skilled in the art in the light of this description and the attached figures, are to be considered included herein within the scope of protection of this patent application.
RIFERIMENTI NUMERICI NUMERICAL REFERENCES
Dispositivo joystick 1 Joystick device 1
Manopola 10 Knob 10
Struttura di supporto 2 Support structure 2
Alloggiamento 21 Housing 21
Trasduttore di posizione 3 Position transducer 3
Circuito stampato o PCB 31 Printed circuit board or PCB 31
Superfici conduttive 32 Conductive surfaces 32
Unità di controllo 33 Control unit 33
Albero 4 Tree 4
Corpo conduttore 5 Conductor body 5
Area d esposizione 50 Prima porzione 51 Seconda porzione 52 Sensori capacitivi 6 Settore angolare 62 Piastra 64 Porzione di connessione 642 Primo Asse Z Secondo Asse X Terzo Asse Y Exposure area 50 First portion 51 Second portion 52 Capacitive sensors 6 Angular sector 62 Plate 64 Connection portion 642 First Z axis Second X axis Third Y axis
Claims (11)
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